Coltec/UFMG – Física – 1º Ano – 2015
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Controledosfluxosdecargaelétricaemumcircuitoelétrico
Introdução
A resistência elétrica é uma grandeza que nos permite identificar a dificuldade oferecida por um elemento de circuito
à passagem da corrente elétrica. A resistência é uma característica importante de todo e qualquer material condutor.
Assim, caso materiais diferentes sejam submetidos à tensão de uma mesma fonte, a corrente elétrica será menos
intensa no material que oferecer mais resistência. Nesta atividade, iremos aprender a medir a resistência elétrica de
um material condutor, mas também iremos investigar quais são os fatores que determinam essa resistência.
A resistência elétrica é medida por meio de uma unidade conhecida como Ohm (símbolo Ω). Os metais estão entre
os melhores condutores de corrente elétrica disponíveis. Entretanto, ser bom condutor não significa não oferecer
resistência alguma à passagem da corrente elétrica. Todos os materiais, à temperatura ambiente, oferecem certa
resistência elétrica.
Exploração 1- Tensão como causa do fluxo de cargas e resistência elétrica como aquilo que limita a
intensidade do fluxo
Na atividade Modelo microscópico do fluxo de elétrons em um circuito, nós iniciamos
o uso do aplicativo Circuito Bateria-Resistor, que pode ser encontrado no link
http://phet.colorado.edu/pt_BR/simulation/battery-resistor-circuit. Desta vez, iremos
manter desligada a opção Mostrar cálculo da voltagem e deixaremos acionadas as
duas outras opções do Painel de controle do aplicativo (ver figura ao lado).
Nosso objetivo nesta exploração é dar sentido à expressão matemática U = R . i. As
letras contidas nessa expressão correspondem, respectivamente, às grandezas
tensão elétrica (letra U maiúscula), resistência elétrica (letra R maiúscula) e corrente
elétrica (letra i minúscula). Com essa expressão iremos descrever o que ocorre no
circuito, em termos da corrente elétrica e da temperatura do material condutor,
quando nós utilizamos o aplicativo para promover alterações na resistência do
material condutor, bem como na tensão (ou voltagem) aplicada sobre ele.
Usando a expressão U = R . i, calcule a corrente elétrica no circuito quando:
(a) A resistência do condutor é mantida constante, mas a tensão aplicada pela fonte
torna-se duas ou três vezes maior que o valor inicial de 2,40 Volts (ou 2,40 V),
mostrado na figura acima.
(b) A tensão aplicada sobre o condutor é mantida constante, mas a resistência elétrica que ele oferece à passagem
de corrente torna-se duas ou três vezes maior que o valor inicial de 0,4 Ohms (ou 0,4 Ω), mostrado na figura
acima.
Exploração 2- Fios grossos, fios finos e resistência elétrica
Nas ciências, distinguimos os fios mais grossos dos mais finos a partir da área de seção reta, que é
identificada pela letra A maiúscula na figura ao lado. Para compreender o significado dessa medida,
imagine que a figura ao lado representa um cilindro feito de salame. Nesse caso, a área de seção
transversal A será a área da superfície de uma fatia do salame, que poderia ser medida, por exemplo,
em centímetros quadrados (cm2). A área de seção transversal é um parâmetro importante para a
determinação da resistência elétrica de um fio condutor, porque uma variação dessa área pode facilitar
ou dificultar o fluxo de cargas elétricas através do fio. Mas, qual será mesmo a influência da área de
seção reta de um condutor sobre sua resistência elétrica?
Para responder essa questão, seu professor manipulará um circuito simples composto por uma tábua sobre a qual
foram esticados vários segmentos de fios de Níquel-Cromo, que é uma liga metálica usada na fabricação de
aquecedores elétricos, tais como chuveiros e ferros de passar roupa. Registre em seu caderno a aparência da
montagem usada pelo professor.
2.1- Seu professor conectará uma lâmpada de farolete de carro diretamente a uma fonte de tensão, cuja voltagem
inicial partirá de zero. Depois, ele aumentará, lenta e gradativamente, a tensão aplicada até que a lâmpada
apresente um brilho razoável, mas não muito intenso. Nesse momento, seu professor medirá o valor da tensão
e o valor da corrente elétrica no filamento. Com base nessas medidas, utilizaremos a expressão matemática
apresentada na Exploração 1 para determinar a resistência elétrica oferecida pelo filamento.
2.2- Seu professor introduzirá um dos fios de Níquel-Cromo ligado em série com o filamento da lâmpada. A
associação formada pelo fio de Níquel-Cromo + o filamento será submetida à tensão estabelecida pela fonte.
Essa tensão, por sua vez, será mantida constante. Em seu caderno, represente os circuitos elétricos usados
neste item da exploração e observe quais são as mudanças na corrente elétrica e no brilho exibido pela
lâmpada, quando fios de mesmo material e comprimento, mas com áreas de seção reta diferentes, são
associados em série com o filamento da lâmpada. Você é capaz de identificar qual dos fios introduziu maior
resistência elétrica no circuito? Explique.
Coltec/UFMG – Física – 1º Ano – 2015
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Exploração 3- Influência do material que constitui o fio condutor
É bem provável que você saiba que existem materiais capazes de conduzir corrente elétrica, enquanto outros
funcionam como isolantes elétricos. Mas será que os materiais se dividem, simplesmente, entre “totalmente
isolantes” e “totalmente condutores”? Será que as resistências elétricas de fios condutores podem variar em função
do material de que eles são feitos?
Para responder a essa questão, iremos comparar o brilho e a corrente elétrica estabelecida no interior da lâmpada
usada na Exploração 2 com aqueles que poderemos observa ao variar o material do fio que será associado em série
com o filamento da lâmpada. Iremos comparar o efeito da introdução de um fio de Cobre e de Níquel-Cromo no
circuito, ambos com o mesmo comprimento e área de seção reta. Anote as medidas de tensão e corrente e
identifique qual dos fios introduziu maior resistência elétrica no circuito. Que conclusões podem ser retiradas de
suas observações?
Exploração 4- Influência do comprimento de um resistor na resistência elétrica oferecida por um circuito
Comparados com os fios de Níquel-Cromo e com o filamento de tungstênio da lâmpada, os fios de cobre usados
para a montagem de um circuito elétrico, normalmente, têm uma resistência elétrica desprezível. Os fios de NíquelCromo e o filamento são chamados de resistores, devido ao fato de concentrarem a resistência elétrica oferecida
pelo circuito. Um resistor é, assim, um condutor cuja resistência é significativamente maior do que aquela
apresentada pelos fios de ligação que compõem um dado circuito.
É razoável imaginar que aumentar ou diminuir o comprimento de um resistor produza algum efeito sobre a
resistência elétrica que esse elemento apresenta. Mas, qual seria esse efeito? O aumento do comprimento de um
fio condutor provoca elevação ou redução de sua resistência elétrica?
Para responder a essa questão, utilizaremos a mesma montagem das explorações 1 e 2 e deslizaremos um dos
fios flexíveis conectados à fonte de tensão sobre um dos fios de Níquel-Cromo que se encontram esticado sobre a
tábua de madeira. Observe as variações no brilho da lâmpada e as mudanças nas medidas de corrente elétrica para
responder: como o comprimento de um fio de um resistor influencia a resistência elétrica total do circuito em que ele
está inserido?